Study of environmental determinants and anoxia in the formation of microbialites
Étude des déterminants environnementaux et de l’anoxie dans la formation des microbialites
Résumé
Microbialites are organo-sedimentary structures formed by interactions between benthic microbial communities and mineral phases. Some are currently developing, while the oldest, in fossil form, have been dated back to ~3.43 Ga and are among the oldest traces of non-ambiguous life known on Earth. Consequently, microbialites provide valuable information on paleobiology and paleoenvironments. However, despite the geobiological importance of these objects, their formation conditions and processes are still poorly understood. In particular, ancient microbialites are likely to have formed under anoxic conditions, which can have major consequences for the availability of chemical species in solution. However, most modern microbialites, used as analogues of ancient microbialites, form in oxic environments. This confronts our interpretations of paleobiologies and paleoenvironments with a lack of data on the formation of microbialites in anoxia, and on the acclimation/adaptation of their microbial communities over time in these conditions. Here, we have focused on modern microbialites discovered in seasonally anoxic deep zones of two alkaline lakes: Alchichica and Atexcac (Mexico) by combining studies of mineralogy, microorganism diversity, solution geochemistry and chemical element speciation. In the first part of this thesis, after setting up a database of known modern microbialites, we propose that the waters where microbialites form must be saturated with precursor and soluble carbonate phases such as amorphous calcium carbonates (ACC) and monohydrocalcite, and that this geochemical criterion explains the presence or absence of microbialites in modern environments. We then show a record of water column redox states not only by the mineralogy of deep microbialites via signatures in sulfur speciation determined by synchrotron X-ray absorption spectroscopy analyses, but also by microbial communities via fluctuations in relative taxonomic abundances identified by metabarcoding. Finally, we demonstrate that the modern microbialites of Lake Alchichica undergo early diagenesis, leading to the formation of rare mineral phases such as huntite, and in particular differentially at depth in the water column.
Les microbialites sont des structures organo-sédimentaires formées par les interactions entre des communautés microbiennes benthiques et des phases minérales. Certaines se développent actuellement alors que les plus anciennes, sous forme fossile, sont datées jusqu’à ~3,43 Ga et comptent parmi les plus anciennes traces de vie non-ambigües connues sur Terre. Par conséquent, les microbialites fournissent des informations précieuses sur la paléobiologie et les paléoenvironnements. Pourtant, malgré l’importance géobiologique de ces objets, leurs conditions et processus de formation sont encore peu compris. En particulier, des microbialites anciennes se sont vraisemblablement formées dans des conditions anoxiques, ce qui peut avoir des conséquences majeures sur la disponibilité des espèces chimiques en solution. Or, la plupart des microbialites actuelles, utilisées comme analogues des microbialites anciennes, se forment dans des environnements oxiques. Ceci confronte nos interprétations des paléobiologies et des paléoenvironnements à un manque de données sur la formation des microbialites en anoxie, et sur l’acclimatation/l’adaptation de leurs communautés microbiennes au cours du temps dans ces conditions. Ici, nous nous sommes intéressés à des microbialites actuelles découvertes dans des zones profondes saisonnièrement anoxiques de deux lacs alcalins : Alchichica et Atexcac (Mexique), en couplant des études de la minéralogie, de la diversité des microorganismes, de la géochimie des solutions et de la spéciation des éléments chimiques. Dans un premier temps de cette thèse, nous proposons, après avoir mis en place une base de données des microbialites actuelles connues, que les eaux où se forment les microbialites doivent être saturées vis-à-vis de phases carbonatées précurseurs et solubles comme les carbonates de calcium amorphes (ACC) et la monohydrocalcite, et que ce critère géochimique explique la présence ou non de microbialites dans des environnements actuels. Nous montrons ensuite un enregistrement des états redox de la colonne d’eau non seulement par la minéralogie des microbialites profondes via des signatures dans la spéciation du soufre déterminées par des analyses en spectroscopie d’absorption X synchrotron, mais aussi par les communautés microbiennes via des fluctuations d’abondances taxonomiques relatives identifiées par metabarcoding. Enfin, nous démontrons que les microbialites actuelles du lac Alchichica sont soumises à de la diagenèse précoce, conduisant à la formation de phases minérales rares comme la huntite, et ce notamment de manière différente en profondeur dans la colonne d’eau.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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